Ganzheitliche Kalibrierung

Aufgrund der stark zunehmenden technischen Komplexität moderner elektrischer Antriebsstränge steigt auch der für die Systementwicklung, Funktionsentwicklung, Systemkalibrierung und Systemvalidierung erforderliche Aufwand. Zur Festlegung der Systemanforderungen hat FEV eine strukturierte Vorgehensweise für die Systemanalyse und das Reglerdesign entwickelt, welche die Identifizierung der Systemanforderungsparameter erleichtert und gleichzeitig den Zeitrahmen und die Kosten für die Entwicklung sowie Kalibrierung von Funktionen reduziert.

Der Kalibrationsingenieur muss tiefgreifende Systemkenntnisse besitzen, um moderne elektrische Antriebsstränge kalibrieren zu können. FEV verfügt über umfassende Ressourcen zur Entwicklung und Kalibrierung von modernen Antriebssträngen. Mehr als 1.000 Spezialisten des Unternehmens besitzen Know-how und Fachwissen im Bereich von Elektroantrieben und arbeiten in interdisziplinären Teams zusammen, um Elektroantriebe „auf die Straße“ zu bringen. Alle Aktivitäten im Zusammenhang mit der Entwicklung von Antriebssträngen sind bei FEV Business-Units-übergreifend organisiert.

Effektive Tools und Methoden für Getriebekalibrierung

Die Komplexität moderner Steuergeräte, die zunehmende Diversifizierung der Antriebsstrangvarianten und die Notwendigkeit von verkürzten Entwicklungszyklen erfordern neuartige Ansätze für die Kalibrierung von Antriebssträngen. Die Antwort auf diese Herausforderungen ist ein modellbasiertes Kalibrierverfahren, das einen Großteil der Kalibrieraufgaben vom Fahrzeug auf den Schreibtisch des Kalibrationsingenieurs verlagert. Zu den typischen von FEV im Bereich der Getriebekalibrierung eingesetzten Tools und Verfahren gehören:

• Das TOPEXPERT Transmission Calibration Expert (TraCE) Toolset zur effizienten Kalibrierung verschiedener Fahrmodi. Dieses Kalibriertool kommt bei der Kalibrierung von Fahrpedalkennfeldern, Schaltkennlinien sowie Variogramm-, Fahrwiderstands- und Elektroantriebsfunktionen wie Last-, Boost-, Roll- und Regenerationsbetrieb zum Einsatz. Dieses modellbasierte Kalibriertool reduziert die zur Kalibrierung von Getriebesteuerungsfunktionen erforderliche Zeit deutlich und erhöht die Robustheit der Kalibrierung.
• Zur Erhöhung der Effizienz von Fahrzeugprüfungen und -kalibrierungen hat FEV den TOPEXPERT Vehicle Test Automatisierer (VTA) entwickelt. Diese einzigartige Lösung ermöglicht die Übertragung der Automatisierungsalgorithmen vom Prüfstand auf die Fahrzeugkalibrierung.
• Ein anforderungsbasiertes Parameter-Management-system sorgt bei Projekten mit zahlreichen Fahrzeugvarianten für die effektive Nutzung und Verwaltung von Kalibrierdatensätzen. Dieses Tool basiert auf physikalischen Systemabhängigkeiten. Die Parameter des Getriebesteuergeräts (Transmission Control Unit, TCU) werden entsprechend dieser physikalischen Abhängigkeiten den Komponenten des Antriebsstrangs zugewiesen. Wenn ein Kalibrierparameter, der einer Komponente zugewiesen wurde, geändert werden muss, wird die Änderung für alle Fahrzeugvarianten wirksam, die dieser speziellen Komponente zugewiesen wurden. Bei jeder Kalibrierfreigabe wird der Reifegrad der Kalibrierung mit den vereinbarten Projektzielen verglichen.
• FEVcal-Software ermöglicht die einfache Anwendung der leistungsstarken DoE-Methodik (Design of Experiment) durch den Kalibrationsingenieur. Die hochmodernen, globalen Modellierungstechniken von heute, die auf Gauß-Prozess-Modellen basieren, wurden an die speziellen Charakteristiken der Getriebe- und Antriebsstrangmodellierung angepasst.

Vorteile des FEV Getriebekalibrierungsverfahrens

Die Kombination der oben erwähnten Verfahren und Tools ermöglicht es FEV, für praktisch alle möglichen Anwendungen und Varianten einen qualitativ hochwertigen Datensatz bereitzustellen. FEV verfügt über Erfahrung aus zahlreichen Projekten mit AT-, CVT-, AMT-, DCT-, DHT- und EDU-Getriebetypen, die sich bei der Durchführung von Seriengetriebe-Kalibrierprojekten in vielen Varianten bewährt hat. Auf dieser Grundlage hat FEV ein firmeneigenes Kalibrierverfahren entwickelt, das ein sicheres und zuverlässiges Projektmanagement ermöglicht. Hauptmerkmale des Kalibrierverfahrens sind:

• Klares Änderungsmanagement der Kalibrierparameter basierend auf einem Webserver, um Kunden die Nachvollziehbarkeit von Projekten zu ermöglichen und ein vollkommen transparentes Risikomanagement zu bieten
• Definierte Reifegrade zur Verfolgung des tatsächlichen Status der Datensätze der TCU-Funktionalitäten und des Gesamtparametersatzes
• Einfache Anpassung an Kundenprozesse zur Unterstützung der Anforderungen von unterschiedlichen Kunden in Bezug auf die Projektdurchführung

Basierend auf diesem Organisationsniveau verfügt FEV über die Fähigkeit, die schlüsselfertige Verantwortung für Projekte zur Serienkalibrierung zu übernehmen, einschließlich Projektmanagement, Lieferantenverwaltung, Unterstützung bei der Homologation sowie dem Serienanlauf und der Serienbetreuung.

Optimierte Fertigungsanwendungen durch Design of Experiment

Eine für die effiziente Kalibrierung der Schaltqualität entwickelte Methode ist der DoE-Ansatz (Design of Experiment). Die Kalibrierung der Schaltqualität umfasst die Anpassung der Parameter für die Kupplungsdrehmoment-Kapazitätssteuerung und der Motorsteuerung, um in jeder Fahrsituation für ein komfortables Schaltverhalten entsprechend der Kundenanforderungen zu sorgen. Der DoE-Ansatz wird verwendet, um die Schaltqualität des Systems basierend auf Kalibrierparametern vorherzusagen. Die Schaltqualität wird auf der Grundlage von zahlreichen physikalischen Größen durch die Objektivierungs-Toolbox (FEVos) beschrieben, wobei die zwei bedeutenden Zielgrößen der Vibration Dose Value (VDV) und der Low Frequency Percentage (LFP) sind. Die zusammengefassten Kalibrierparameter, welche die Eingangsdaten für die Erstellung der DoE-Prüfpläne sowie für das DoE-Modell im TOPEXPERT-Tool FEVcal bilden, werden innerhalb bestimmter, den Betriebsbereich des Systems begrenzenden Rahmenbedingungen beschränkt. Diese Kalibrierparameter werden dann basierend auf den Ausgangsdaten des DoE-Modells optimiert, das die objektive Bewertung der Schaltqualität beschreibt.

Die optimierten Kalibrierparameter werden schließlich im Testfahrzeug geprüft, um die Ergebnisse der Kalibrierung der Schaltqualität gegen subjektive und objektive Bewertungen zu validieren. Mithilfe der DoE-Methodik konnte FEV bereits Problembereiche von mehreren Fertigungsanwendungen optimieren. Ein Beispiel für ein Serien-6-Gang-Automatikgetriebe ist nachfolgend dargestellt:

In diesem Beispiel wurde die Verbesserung der Schaltqualität im Rahmen einer subjektiven Bewertung durch einen erfahrenen Kalibrationsingenieur bestätigt. Die Testläufe zur Kalibrierung werden mithilfe des TOPEXPERT VTA-Tools durchgeführt.

Vehicle Test Automator spart Aufwand bei Getriebekalibration

Zur Erhöhung der Effizienz von Fahrzeugprüfungen und -kalibrierungen hat FEV den TOPEXPERT Vehicle Test Automator (VTA) entwickelt. Diese einzigartige Lösung ermöglicht die Übertragung der Automatisierungsansätze vom Prüfstand auf die Fahrzeugkalibrierung. Mithilfe des VTAs kann der Kalibrationsingenieur seine Experimente unter Verwendung eines praktischen, grafischen Workflow-Editors am Schreibtisch planen. Die VTA-Plattform bietet integrierte Bibliotheken mit kalibrierspezifischen Blöcken und eine offene Anwendungsumgebung für benutzerdefinierte Bewertungsalgorithmen, um die einfache Dokumentation, Übertragung und Standardisierung des Kalibrier-Know-hows zu ermöglichen. Auf dieser Grundlage ist es möglich, den Einsatz von modellbasierten Kalibrieransätzen auf die Fahrzeugkalibrierung auszudehnen. Die erzeugten Testbeschreibungen können im Fahrzeug ausgeführt werden, indem der Kalibrationsingenieur durch das Fahrmanöver geführt oder die Fahrzeugsteuerung komplett übernommen wird und die erfolgreich durchgeführten Prüfungen auf strukturierte Weise erfasst werden.

Für die Getriebekalibrierung und -validierung hat FEV automatisierte Bewertungsabläufe entwickelt, die den Fahrer durch die einzelnen Manöver führen. Nach dem Start des VTA-Laufs wird der Kalibrationsingenieur vom Tool durch die grafische Benutzeroberfläche geleitet. Der Kalibrationsingenieur kann die wichtigen Signale überwachen und wird durch eine zuvor definierte Folge von Fahrmanövern geführt. Wenn das Manöver erfolgreich gefahren wird, speichert der VTA die Aufzeichnung. Die Aufzeichnung wird nur dann gespeichert, wenn alle definierten Rahmenbedingungen erfüllt wurden (das heißt, das Fahrzeug muss sich beispielsweise im „stationären Betriebszustand“ befinden, das Gaspedal muss innerhalb einer bestimmten Bandbreite positioniert sein, die Klimaanlage muss ausgeschaltet sein oder der Motor muss laufen); anderenfalls wird die Aufzeichnung zurückgewiesen und das Tool fragt den Fahrer, ob das Manöver wiederholt werden soll. Mithilfe dieser Methode erfasst das Tool nur die Fahrmanöver und Prüfdaten, die auf eine vorgegebene Weise durchgeführt/erfasst wurden. Dadurch werden eine äußerst effiziente Offline-Analyse dieser Prüfungen und die Verbesserung des Datensatzes ermöglicht. Am Ende des Verfahrens fordert das Tool den Kalibrationsingenieur auf, einen subjektiven Bewertungswert für das Manöver einzugeben. Alle wichtigen Daten werden im Kommentarbereich oder im Dateinamen der Prüfungsdatei gespeichert, um die Dokumentation abzuschließen.

Intelligente Lösungen für elektrifizierte Antriebsstränge

Die Nutzung der Vorteile moderner elektrischer Antriebsstränge mit zunehmender technischer Komplexität erfordert den Einsatz intelligenter Lösungen durch Ingenieure. FEV verfügt über erfahrene Systemingenieure, die Konzepte für elektrische Antriebsstränge entwickeln und die Vorteile dieser Systeme nutzen können. Intelligente Kalibriermethoden für optimale(s) Energiemanagement, Kraftstoffeffizienz, Emissionen und Fahrverhalten werden entwickelt und können an alle Arten und Konfigurationen von elektrischen Antriebssträngen angepasst werden. Beispielsweise kann ein dedizierter Hybrid-Antriebsstrang in Kombination mit einem P4-System die Schaltqualität verbessern, indem die Elektromaschine im Getriebe und die Elektromaschine an der Hinterachse während des Schaltvorgangs einen Drehmomentausgleich bereitstellen. Während der Beharrungsphase des Schaltvorgangs kann der riemengetriebene Startergenerator (RSG) durch Kompensation des Trägheitsmoments von Verbrennungsmotoren Energie regenerieren. Um die optimale Schaltqualität zu erzielen, müssen alle Teilsysteme unter Berücksichtigung des gesamten Systems gesteuert und kalibriert werden.

Um moderne elektrifizierte und konventionelle Antriebe effektiv und mit optimaler Qualität kalibrieren zu können, hat FEV einen effizienten Kalibrierprozess mit intelligenten Werkzeugen und Methoden entwickelt, der den Kunden zur Verfügung steht. Damit wird ein Optimum hinsichtlich Energiemanagement, Wirtschaftlichkeit, Emissionen, NVH und Fahrbarkeit erreicht.

Glenn Haverkort